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磺化聚苯醚膜质子扩散的分子动力学模拟研究
  • ISSN号:0253-231X
  • 期刊名称:《工程热物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TK124[动力工程及工程热物理—工程热物理;动力工程及工程热物理—热能工程]
  • 作者机构:中国石油大学(北京)理学院,北京102249
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.11405272);中国石油大学(北京)科研基金资助项目(No.2462013YJBC02)
中文摘要:

为了探究磺化聚苯醚(SPPO)用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的性质,研究了SPPO膜内部水和水合氢离子的分子扩散特性。构建含水量不同的SPPO膜的分子结构模型,采用分子动力学(MD)研究了平衡态模型的静态结构,发现元胞的密度随着含水量的增加而降低;同时通过分析径向分布函数(RDF),发现在SPPO链上的磺酸根上的硫原子周围有水分子聚集,起到吸水和传导的作用,水合氢离子也更趋向于聚集在磺酸根附近。通过对分子运动轨迹的分析,计算了水和水合氢离子在SPPO膜内的扩散系数D和电导率σ,研究结果表明,SPPO膜的电导率随着膜内水含量的增加而增加,得到了与实验符合较好的结果。

英文摘要:

To explore the possibility of sultbnated poly(phenylene oxide)(SPPO) membrane tbr proton exchange membrane fuel cells(PEMFC), molecular dynamics(MD) simulation technique was employed to investigate the molecular diffusion characteristics of water and hydrogen ion in SPPO membrane of different water content. Through analysis the structure of the fully equilibrated amorphous polymeric cell, we find that tile density decreased with tile increase of water contents. According to tile radial distribution function (RDF) of cell, it was found that the water and hydrogen ion molecules tend to gathered in the sulfonate group of SPPO chains which made the sulfonate group take the conductive roles. Through the dynamic property analysis, we calculate the diffusion coefficient of water and hydrogen ion in the SPPO membrane, and the conductivity of SPPO membrane. With the increase of water content, the diffusion coefficient of water and hydrogen ion and the conductivity also increases. The results coincide well with the experiments.

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期刊信息
  • 《工程热物理学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国工程热物理学会 中国科学院工程热物理研究所
  • 主编:徐建中
  • 地址:北京2706信箱
  • 邮编:100080
  • 邮箱:xb@mail.etp.ac.cn
  • 电话:010-62584937
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-231X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2091/O4
  • 邮发代号:2-185
  • 获奖情况:
  • 中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21026